ในปี คริสต์ศักราช 1961 ยานบิน ดิ อาร์ค (The Ark) ยานอวกาศลำใหญ่ของฝ่ายออโต้บอทส์ได้นำเอาสิ่งประดิษฐ์บางอย่างหนีไป หลังจากจบสงครามระหว่างฝ่ายกู้โลกออโต้บอท และฝ่ายทำลายโลกดีเซปติคอน แต่สุดท้ายยานบินลำนั้นประสบอุบัติเหตุพุ่งชนดวงจันทร์ และ การพุ่งชนครั้งนั้นส่งผลให้มีสัญญาณที่ตรวจเจอความผิดปกติส่งมายังโลกโดยดาวเทียมของ นาซ่า ต่อมา ประธานาธิบดี จอห์น เอฟ.เคนเนดี ได้ออกคำสั่งให้มีภารกิจส่งหน่วยพิเศษเพื่อขึ้นไปสำรวจดวงจันทร์ ในปี คริสต์ศักราช 1969 ลูกเรือของยาน อะพอลโล 11 จึงลงจอดบนดวงจันทร์ได้สำเร็จ

ในปัจจุบัน ออโต้บอทส์ทำการร่วมมือกับกองทหารของสหรัฐอเมริกา ในการป้องกันสงครามและการต่อสู้ของหุ่นยนต์ทั่วทั้งโลก รวมทั้งการตามหาเทคโนโลยีต่างดาวที่ถูกซ่อนอยู่บนโลก ออพติมัส ไพรม์ ได้พบกับซากชิ้นส่วนของ ดิ อาร์ค และ พบว่าหุ่นยนต์ฝ่ายดีเซปติคอนส์มีชีวิตรอดมาจากการตกกระแทกของยานอวกาศในครั้งนั้น ได้ทำการโจมตีฝ่ายออโต้บอท และหลบหนีไปได้ เมื่อฝ่ายออโต้บอทรู้ว่ามีการโจมตีโลกอีกครั้ง จึงรวมตัวสมาชิกที่เหลือรอดอยู่บนโลกและออกเดินทางไปรอบโลก เพื่อทำลายชิ้นส่วนของ เดอะอาร์ค และ พบกับบรรพบุรุษของออพติมัส ไพรม์ ชื่อว่า เซนทิเนล ไพรม์ ซึ่งกำลังสลบอยู่ และพบกับเสาพลังงานทั้ง 5 ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อที่จะใช้ในการเคลื่อนย้ายไปมา ระหว่างโลกกับอวกาศ หลังจากกลับมายังโลก ออพติมัสได้ใช้พลังของแมททริกซ์แห่งจิตพลังผู้นำ เพื่อคืนชีพ ให้กับ เซนทิเนล ผู้เป็นพี่ชายของเขา

ขณะเดียวกับ แซม วิทวิคกี้ (Sam Witwicky) กำลังสับสนระหว่างการช่วยเหลือออโต้บอทหรือจะออกหางานทำ เนื่องจากเขาอิจฉาและไม่พอใจที่แฟนใหม่ของเขา คาร์ดี้ สเปนเซอร์ (Carly Spencer) ไปสนิทสนมกับ ดีแลน กูลด์ หัวหน้าบริษัทแห่งหนึ่งที่แซมเพิ่งได้งานใหม่ที่นั่น แซม ได้คุยกับเพื่อนของเขาเกี่ยวกับยานบินดิ อาร์คก่อนที่เพื่อนเขาจะถูกสังหารโดยเลเซอร์บีค และแซมก็ได้พยายามติดต่อ กับ ซีมัวร์ ซิมมอนส์ อดีตเจ้าหน้าที่จากหน่วยลับเซ็กเตอร์เซเว่นที่รู้ความลับเรื่องหุ่นยนต์ เพื่อศึกษาเกี่ยวกับฝ่ายดีเซปติคอน และ หัวหน้าเมกะทรอน แซมได้ค้นพบว่าดีเซปติคอนเคยครอบครองยานอวกาศเดอะอาร์คมาก่อน ก่อนที่พวกออโต้บอทจะสละยาน และทิ้งเซนทิเนล ไพรม์ กับเสาหลักทั้ง 5 เสาไว้เพื่อล่อให้ดีเซปติคอนส์ไปติดกับดัก ถือได้ว่าเซนทิเนลคือกุญแจสำคัญที่จะทำให้เสาทั้ง 5 ทำงานได้ และฝ่ายดีเซปติคอนส์เองก็ต้องการใช้เสาพลังงานเพื่อเคลื่อนย้ายกองทัพ จึงทำให้ดีเซปติคอนส์ต้องไว้ชีวิตเซนทิเนล ไพรม์ ไว้แซมทราบความจริงดังนั้นจึงรีบเร่งให้บัมเบิลบี ดีโน่ และไซด์สไวป์ รีบกลับไปเพื่อช่วยเหลือเซนทิเนล ไพรม์ แต่เซนทิเนลกลับหักหลังและสังหารหุ่นรบฝ่ายออโต้บอทส์ ชื่อว่า ไอร่อนไฮด์ เนื่องจากเซนทิเนลตัดสินใจทำข้อตกลงกับเมกะทรอนไว้ ว่าจะทำให้เผ่าพันธุ์หุ่นยนต์ทั้งหมดมีชีวิตอยู่ต่อไป แต่เซนทิเนลรู้ว่า ออโต้บอทส์ไม่ต้องการทำร้ายมนุษย์เพราะหากนำดาวไซเบอร์ตรอนและหุ่นยนต์ทั้งหมดมายังโลกจะทำให้โลกมนุษย์สูญสิ้น เซนทิเนลจึงหักหลังออพติมัส ไปเข้าร่วมกับเมกะทรอนทันที

ต่อมาเซนทิเนลได้ใช้พลังของแท่งเสาเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ทั้งหลายที่ต้องการมายังโลกมนุษย์ ดีเซปติคอนส์ซึ่งมีจำนวนหลายร้อยตัวจึงได้ถูกดูดจากดวงจันทร์มาสู่โลก ในขณะที่คาร์ลี่ แฟนใหม่ของแซม ถูกดีแลนด์ซึ่งแท้จริงแล้วรับใช้ฝ่ายดีเซปติคอนส์อยู่ลับหลังนั้น จับตัวเธอไป และฝ่ายออโต้บอทส์ถูกหน่วยเหนือบังคับให้เดินทางออกจากโลกเพื่อหลีกเลี่ยงสงคราม แซมรู้สึกเสียใจเป็นอย่างมากที่เขาและออพติมัสต้องจากกัน ยานอวกาศได้รับการบินขึ้น แต่สุดท้ายก็ถูกสตาร์สครีมยิงระเบิดหมดทั้งลำ แต่โชคดีที่พวกออโต้บอทส์ได้วางแผนว่าจะขึ้นยานไปแต่แอบสละยานออกก่อนที่ยานจะระเบิดและซ่อนตัวใต้มหาสมุทรแอตแลนติก เพื่อให้เซนทิเนลและเมกาทรอนตายใจว่าออโต้บอทส์เสียชีวิตกันหมดแล้ว เมกะทรอนหลงเชื่อจึงนำเสาทั้ง 5 ไปปักไว้แต่ละทวีปทั่วโลก เพื่อเคลื่อนย้ายดาวไซเบอร์ตรอนและหุ่นยนต์จากอวกาศมาสู่โลก และ เมื่อมีการดำเนินการเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์มายังโลกก็ทำให้ทวีปแรกที่เริ่ม ดำเนินการหายไป แซมจึงร่วมมือกับยูเอส แอร์ฟอร์ซชีพ เพื่อหยุดยั้งการนำหุ่นยนต์จากนอกโลกเข้ามายังโลก และเพื่อช่วยเหลือคาร์ลี่ที่ถูกดีแลนด์จับตัวไปด้วย

หลังจากนั้นผู้คนได้เริ่มทำสงครามกับดีเซปติคอนส์ แต่ไม่สามารถสู้ได้ เมื่อพวกเขาใกล้จะแพ้ ฝ่ายออโต้บอทที่ซ่อนตัวอยู่ก็ออกมาช่วยมนุษย์ทำสงครามกับดีเซปติคอน บัมเบิลบีอาสาขับยานพาแซมไปช่วยคาร์ลี่ และสังหารเลเซอร์บีคฝ่ายดีเซปติคอนส์ตาย โชคร้ายที่ภายหลังบัมเบิลบี แร็ตเชต และหุ่นยนต์ตัวอื่น ๆ ถูกซาวด์เวฟ และ บาร์ริเคด จับเป็นเชลย วีลแจ็ค หรือ คิว หุ่นยนต์ออโต้บอทส์ถูกบาร์ริเคดฆ่าตาย จากนั้นจึงจับตัวบัมเบิลบีมาหวังจะฆ่าเป็นรายต่อไป แต่วิลลี่ และ เบรนส์ หุ่นยนต์ขนาดเล็กทำการฉีกยานบินฝ่ายข้าศึกขนาดใหญ่ในบริเวณนั้นพอดี ยานบินจึงตกลงมายังจุดที่ออโต้บอทส์ถูกจับ บัมเบิลบีจึงใช้โอกาสโต้กลับและสังหารซาวด์เวฟตาย ในเวลาเดียวกัน แซมได้ใช้อาวุธประดิษฐ์ของคิว ที่ให้แซมไว้ก่อนสิ้นใจสังหารสตาร์สครีมได้เช่นกัน ขณะที่คาร์ลี่ทำใจกล้าใช้เล่ห์กลล่อลวงให้เมกะทรอนและเซนทิเนลทะเลาะกันเอง คาร์ลี่ทำการสำเร็จ เมกะทรอนจึงมุ่งหน้าไปสังหารเซนทิเนล ฝ่ายออพติมัสที่ออกต่อสู้กับเซนทิเนลนั้น กำลังเสียเปรียบ เมกะทรอนเข้ามายิงเซนทิเนลบดเจ็บสาหัส ออพติมัสใช้โอกาสสำคัญนี้สังหารทั้งเมกะทรอนและเซนทิเนลเสียชีวิตทั้งคู่ ขณะเดียวกัน บัมเบิลบีไปทำลายระบบแท่งเสาเคลื่อนย้ายดวงดาวได้เช่นกัน เมื่อสงครามจบลง ออพติมัส ได้สัญญาว่าจะร่วมรบกับมนุษย์เพื่อจะปกป้องโลกต่อไป